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1、第四章 电网相间短路的方向电流保护,1、过电流保护的方向性 2、工作原理 3、功率方向继电器工作原理 4、功率方向继电器接线 5、非故障相电流的影响与按相起动,教学 要求,通过学习要求掌握方向过电流保护的基本工作原理；功率方向继电器工作原理及动作区。功率方向继电器采用 接 线的目的，消除出口三相短路死区的方法。,采样双电源目的,当K1点短路,保护1、2动作，断开QF1和QF2，接在A、B、C、D母线上的用户，仍然由A侧电源和D侧电源分别供电，提高了对用户供电可靠性。,4.1 过电流保护的方向性问题,双侧电源供电可以有效提高供电的可靠性，却给保护方式带来了新的问题，如图。此时线路两侧均要安装保护
2、。,前面介绍的阶段式电流保护用于双侧电源的网络中，不能完全满足选择性要求。,以瞬时电流速断保护1为例，保护的动作电流为：,同一个保护对象，出现了两个不同的整定值要求，整定麻烦。,阶段式电流保护用于双侧电源的网络中，不能完全满足选择性要求。,1、瞬时电流速断保护的方向问题： 要满足选择性要求，保护动作电流要按A、B母线短路时流过保护安装处最大短路电流进行整定，若A母线短路电流大于B母线，与单侧电源线路相比，保护的整定值将被提高，灵敏度下降,K2,思考：要保证选择性，必然要求动作电流满足什么关系？,当在K1点短路时，按选择性要求,当K2点短路时，要求,显然，这两个要求是相互矛盾。,2、定时限过流保
3、护：,对于定时限过电流保护而言，利用动作时间是无法满足要求的。,原因分析 造成电流保护在双电源线路上应用困难的原因是需要考虑“反向故障”。,反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起保护误动。,短路功率方向从母线指向线路时，保护动作才具有选择性。,K1点短路时，按照选择性要求，应该是保护2动作，保护3不动作； K2点短路时，按照选择性要求，应该是保护3动作，保护2不动作。仔细观察电流方向，得出如下结论：,几个基本概念：,1、短路功率 指系统短路时某点电压和电流相乘所得到的感性功率。短路功率从电源流向短路点。,2、故障方向 指故障发生在保护安装处的哪一侧，通常有正向故障和反向故障之分，它实际上是根据
4、短路功率的流向进行区分的。 正方向故障：从保护安装处看出去，在“母线指向线路”方向上发生的故障。 反方向故障：从保护安装处看出去，在“线路指向母线”方向上发生的故障。,解决办法 利用方向元件与电流元件结合就构成了方向电流保护。,正方向故障时方向电流保护才可能动作，按正方向分组，图中的保护可以分为两组：P1、P3、P5为一组，整定动作电流时考虑A侧电源提供的短路电流；P2、P4、P6为另一组，整定时考虑B侧电源提供的短路电流。,当方向元件和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源的子系统。,由于元件动作具有一定的方向性，可在反向故障时把保护闭锁。 正方向故
5、障时方向电流保护才可能动作，按正方向分组。,因此，保护3的动作时限不需要与保护2配合。同理，保护4和5动作时限也不需要配合。,保护4与保护2的方向相同，为保证选择性，保护4动作时间要与保护2进行配合。,当1点短路时：,(1)通过保护2的短路功率方向是从母线指向线路，符合规定的动作方向，保护2正确动作；,(2)通过保护3的短路功率方向由线路指向母线，保护3不动作。,按单侧电源线路过电流保护原则整定参数,为了满足选择性要求，保护1、3、5动作时间需进行配合；保护2、4、6动作时间需进行配合。相同动作方向保护的动作时间仍按阶梯原则进行配合,。,二、方向过电流保护工作原理,规定：短路功率的方向从母线指
6、向线路为正方向。,在原有保护上增设一个功率方向判别元件, 反向故障时，闭锁保护。,其起动有两个条件： （1）电流超过整定值(动作电流) （2）功率方向符合规定的正方向,三、单相式方向过电流保护原理接线：,由起动元件、方向元件、时间元件和信号元件组成。,起动元件电流继电器 它反应故障时电流增大而动作。,方向元件功率方向继电器 判别功率方向，当功率方向由母线流向线路时动作。,时间元件时间继电器 建立选择性所必需的时限t。,只有方向元件和电流元件均动作才能去起动 时间元件，再经预定的延时后动作于跳闸。,四、功率方向继电器工作原理,电流规定方向：从母线流向线路为正方向。 电流本身无法判定方向，需要一个
7、基准母线电压。,发生短路故障时，加入保护3的电压与电流反映了一次电压和电流的相位和大小。,k1处短路 （对保护为正方向）,k2处短路（对保护3为反方向）,0, 0,2.功率方向继电器动作条件：,0 动作；,0时不动作。,利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关系，就可以判别发生故障的方向。,实质是判断母线电压与电流之间相位角是否在,实质是判断加入继电器的电压与电流之间相位差是否在动作范围内,(1)最大灵敏角：在Ur、Ir幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者之间的相位差的大小而改变。当输出为最大时的相位差称最大灵敏角 。,(2)为了在最常见的短路情况下使动作最灵敏，采用r=UA ，Ir=
8、IA 接线的应做成最大灵敏角 = 。,(4)动作方程：,4.动作方程：,在实际应用中，为适应判别各种正方向短路故障时，功率方向继电器的测量功率最大，具有最好的灵敏性，继电器中应该有可以调整的内角，这时功率方向继电器的动作方程为：,用于相间短路的整流功率方向继电器提供了=45和=30两种内角，能够满足上述要求。,5.电压死区：,电压变换器一次绕组等效电感、电阻与电容C1串联后，构成在工频下谐振电路，如图示。,增加记忆回路,当工作电压突然由正常降低为0时，进继电器的此回路中的电流并不立刻消失，而是按50HZ的工频振荡,经过几个周期的振荡才逐渐衰减到0，这就给保护提供了时间。 我们可以利用此电流或着
9、此电流在电阻上的压降来构成记忆回路。最重要的是此记忆回路中的电流和原来电压的方向是相同的，所以才能进行正确的方向判断.,采用90接线方式,前情提要：,为什么要引入方向电流保护？,功率方向继电器,方向电流保护的组成,功率方向继电器的接线方式是指它与电流互感器、电压互感器的二次绕组之间的连接方式，应满足以下要求：,（1）必须保证功率方向继电器具有良好的方向性。即正向发生任何类型的故障都能动作，而反向故障时则不动作。,4.3 功率方向继电器接线,方向元件的接线方式主要要求相间短路是有良好的方向性和很高的灵敏度，故相间短路的方向元件一般采用90接线方式。,所谓90接线方式，是指系统三相对称且cos=1
10、时，接入方向元件的电流超前所加电压90的接线。,功率方向继电器的90度接线：,1非故障相电流的影响,不对称故障时非故障相仍有的电流，称为非故障相电流。,小电流接地系统中非故障相电流为负荷电流。大电流接地系统中还应考虑接地故障时由于零序电流分布系数与正负序电流分布系数不同造成的非故障电流。,4.4 非故障相电流的影响及按相启动接线,2非按相启动,电流继电器触点与功率方向继电器触点之间的接线时必须考虑非故障相电流的影响。,非按相起动接线（上左图）只要由任意一个电流继电器和任意一相的功率方向继电器动作，触点回路就能导通。当出现反相故障时，保护有误动的可能。,如上图所示：保护反向发生BC相短路时，A相
11、功率方向继电器流过非故障电流，A相功率方向继电器流过非故障电流，动作与否取决于故障前潮流的方向，不反应于故障方向 。,按相启动接线是指某一相电流的方向元件的接点与该相的电流元件的接点串联。,若按相起动，当保护反向发生BC相短路时，A相功率方向继电器流过非故障电流，方向依然从母线流向线路，所以KWA动作。但是，因为A相电流继电器按躲过非故障相电流整定，KAA不动作。这样，保护就不会误动，即避免了方向元件受非故障相电流的影响。所以方向电流保护必须采用按相起动接线。,方向电流保护的整定计算有两个方面的内容： 一是电流部分的整定，即动作电流、动作时间与灵敏度的校验； 二是是否需要装设（投入）方向元件。
12、 对于其中电流部分的整定，其原则与前述的三段式电流保护整定原则基本相同。不同的是与相邻保护的定值配合时，只需要与相邻的同方向保护的定值进行配合。,在两端供电或单电源环网中，I段、II段电流部分的整定计算可按照一般的不带方向的电流I段、II段整定计算原则进行。III段整定时则与一般不带方向的电流III段有所不同。,4.5 方向电流保护的整定计算,对保护1： 对保护2：,无方向元件：,有方向元件：动作电流大的不加方向元件， 小者需加装。,仍然与相邻线路的段相配合。但须考虑助增或外汲的影响。,（1）动作电流,方向过电流保护的动作电流按以下三个条件整定：, 躲过最大负荷电流。为防止保护装置在正常负荷电
13、流下和外部短路切除后因电动机的自起动而误作，而按躲过最大负荷电流,即,方向过电流保护的动作电流要躲过非故障相电流，即,在中性不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统中，非故障相电流就是负荷电流，可不必考虑非故障相电流。, 躲过非故障相电流。在中性点直接接地系统中，当相邻线路上发生不对称短路时，在非故障相中仍有电流通过，这个电流为非故障相电流。,1方向过电流保护的整定,（2）动作时限,方向电流保护III段的动作时间按照同方向阶梯特性整定，即前一段线路保护的保护动作时间比同方向后一段线路保护的动作时间长。,方向过电流保护常用作下一相邻线路的后备保护，所以各相邻保护的灵敏度应加以配合，以保证动作的选择性
14、。这就是使上一段线路保护的动作电流大于下一段线路保护装置的动作电流。也就是沿着同一动作方向的保护装置，其动作电流应该距离电源最远处开始逐渐增大。,（3）保护的灵敏度配合,思考： 是不是所有的保护都需要加设方向元件？, 电流速断保护来讲，若从整定值上躲开了反方向的短路，这时可以不用方向元件。,（2）若靠延时能保证动作的选择性时，就不需装设方向元件。,2方向元件的装设,与电流保护相比，方向电流保护会增加投资，所以力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）。,（2）、对过流保护，同一母线两侧，动作时限短且相等须装方向元件。同一母线两侧，动作时限长者不须装方向元件。,（1）、段动作电流大于其反方向母线短路时的电流，不需要装设方向元件；段动作电流大于其同一母线反方向保护的段动作电流时，不需要装设方向元件；,装设方向元件的原则：,3保护装置的相继动作,相继动作：同一条线路两侧保护按先后顺序动作。图中，保护2只要在保护1动作断开1QF后，才会有很大的短路电流流过保护2、3、4、5、6，保护2才会起动，才会跳闸。保护的这种动作称为相继动作。,相继动作区：能产生相继动作的线路长度。,缺点：加长故障切除时间。,优点：可提高保护装置的灵敏系数。,
